Druhy namáhání

Izolační materiál jako takový je látka vynikající malou elektrickou vodivostí a velkou elektrickou pevností. Lze si ho představit jako soustavu kladných a záporných nábojů, které jsou pevně vázány. Počet nábojů obou polarit je stejný. Izolační materiál se navenek jeví jako neutrální.

Po vložení dielektrika do elektrického pole jsou k sobě přitahovány opačné náboje. Elektrony, jádra atomů a ionty jsou přitahovány k opačně nabité elektrodě. Proti působí  vazebné síly nebo tepelný pohyb molekul. Po přiložení vnějšího elektrického pole dojde tedy k posunu elektrických nábojů v látce. Tento stav popisujeme vektorem polarizace P (C.m-2), představujícím úhrnný dipólový moment orientovaný ve směru pole vztažený k objemové jednotce dielektrika [12], [49], [10].

V kapalných izolantech je problematika elektrické pevnosti komplikovanější díky složitější struktuře kapalin. Elektrická pevnost kapalin je vyšší než je tomu u plynů. Mechanizmus přeskoku je jiný. Výboj v kapalině začíná v místech, kde je větší koncentrace nečistot (pevné částice, bublinky). Projevuje se zde také závislost na povrchové úpravě elektrod a jejich materiálu. Průrazné napětí kapalin závisí také na množství obsažené vody. Voda může být v izolační kapalině chemicky vázaná nebo může tvořit emulzi.

Nežádoucí plynné bublinky mohou vznikat např.:

-      ze zbytků absorbovaných plynů na površích elektrod,

-      vznik molekul vlastní kapaliny působením vysoké energie elektrického pole,

-      lokálním oteplením způsobeným vodivostním proudem.

Existuje několik hlavních hypotéz elektrického průrazu v izolačních kapalinách [10].

Plynová hypotéza - v obsaženém plynu se zažehne oblouk díky jeho nižší elektrické pevnosti než má izolační tekutina.

Plynově tepelná –  je založena na předpokladu, že přeskok má počátek v plynové vrstvičce mezi elektrodou a izolační tekutinou.

Tepelná – plynové bublinky, které jsou příčinou počátku výboje vznikly působením lokálního přehřátí.

Kapkového můstku – vytvoření můstku z řetězce obsažených vodních kapek.

Můstku polarizovaných částic – průraz vzniká podél můstku z polarizovaných částic.

Zesilující se emise elektronů z katody – emise elektronů je zesilována elektrickým polem iontů přítomných v polovodivé vrstvě na povrchu katody.

Emise a nárazové ionizace – emitované elektrony způsobují nárazovou ionizaci.

Hypotéza postavená na teorii průrazu krystalů – průraz je vyvolán nárazovou ionizací.

Obecně lze poukázat na výhody izolačních kapalin spočívající v obnovení dielektrické schopnosti po odeznění příčin průrazu. Hlavní nevýhodou je jejich citlivost k obsahu příměsí a sklon k disociaci.

 Elektrická pevnost pevných izolantů je vzhledem na složitost a variabilitu pevných izolačních materiálů nejméně prostudována. Elektrický průraz na rozdíl od dvou předchozích skupenství izolačních materiálů v nich způsobuje nevratné změny. Průrazem je pevný izolační materiál trvale znehodnocen.

Průraz v pevném dielektriku je souhrn jevů, které nejsou ještě do podrobností objasněny. Obecně lze rozlišit tři druhy elektrických průrazů:

Čistě elektrický průraz – intenzita elektrického pole naroste tak rychle, že nastane okamžitý průraz - materiál se nestačí ohřát. K chemickým změnám při tomto průrazu nedochází.

Tepelný průraz (elektrotepelný) – k průrazu dochází díky přehřátí materiálu Jouleovými ztrátami, závisí na teplotě a délce přiloženého napětí. Dochází při něm         k degradaci materiálu [10].

Elektrochemický průraz – dlouhodobé působení elektrického pole vyvolá chemické změny (např. elektrolýza) což vede ke snížení hodnoty průrazného napětí a nastává průraz.

Elektrochemickým průrazem se zabývá celá problematika spolehlivosti izolačních materiálů, stárnutí a zkoušek životnosti.